1951年2月，吴良镛回到清华大学任教，担任讲师，主持清华大学建工系市镇组的工作，在《人民日报》发表文章呼吁重视建筑教育，建议“更有效地更多地培养基本建设的生力军”，其后又多次提出扩大建筑专业、建筑教育结合实践等建议。之后，与中国农业大学汪菊渊教授一道创办了中国第一个园林专业。同年，晋升为副教授。

1952年，中国高等院校调整，原北京大学工学院建筑工程系并入清华大学，建筑系规模迅速扩大。同年，吴良镛出任清华大学建筑系副主任。担任建筑系副主任后，他主持日常教学行政管理工作，从国情和本专业教学特点出发，制定了建筑系的全新教学计划。1953年，参与筹备组建中国建筑学会，被选为副秘书长，同年，参加邯郸城市规划。1956年，主持全国建筑学会议，制定“全国建筑学共同教学计划”，在同年召开的全国基本建设会议上，提出建筑教育与科研、实践相结合的办学思想。1958年，参与北京为庆祝国庆工程设计，担任国庆工程审查委员会成员，同年，带领清华大学建筑系师生参加编制保定规划，走遍保定市区的大街小巷，以及满城、徐水、曲阳、顺平、安国、安新等县，主持编制保定历史上第一个城市总体规划，奠定保定主城区发展的基本框架，为保定“西郊八大厂”选址和古城保护起到重要指导作用。1959年，创办清华大学建筑设计研究院。1960年，参与领导全国建筑学专业通用教材的编写，主持撰写《城乡规划》、《建筑构图原理》、《建筑绘图》等教学用书。同年，晋升为教授，并加入中国共产党。1961年至1963年间，因长期劳累，卧病在床。1964年，身体好转后，参加北京市长安街设计竞赛，主持清华方案。1966年，因“文革”冲击，被解除清华大学建筑系副系主任职务。

“文革”开始后，吴良镛的教学研究工作陷入中断，1969年7月至1971年10月，他被下放到江西干校鲤鱼洲农场参加劳动。之后，逐渐恢复工作。1973年，参加北京饭店东翼扩建方案设计。1976年，参与北京图书馆（后更名为中国国家图书馆）建筑方案设计，是中选的“五老方案”的五位建筑师之一。唐山地震发生后，参加建工部唐山规划研究专家组工作。1977年，参加毛主席纪念堂设计、北京天安门扩建规划设计，获工程部先进工作者嘉奖，同年，担任主编的《城市规划》创刊发行。

1978年，吴良镛升任清华大学建筑系主任。同年7月，赴墨西哥，参加国际建协第13届大会，是中国建筑学会代表团副团长，并应美国女建筑师学会的邀请，访问美国纽约、波士顿。1979年，他奔赴绍兴、杭州、福州、泉州、厦门、苏州等地，进行城市建设调查研究。同年，吴良镛及其团队在对京津冀地区的研究和规划实践下，第一次提出将京津唐地区融为一体的规划构思。1980年，受联邦德国文化部长邀请，赴卡塞尔大学担任客座教授，为建筑、城市规划与园林及应用社会科学系开设联合讲座“中国城市与建筑”。同年，当选中国科学院学部委员（后改称院士）。次年，在联邦德国卡塞尔城举办“吴良镛画展”，讲学完成后，返回清华大学，成为国务院批准的第一批博士生导师。1982年，他开始主持编纂《梁思成文集》，次年，卸任清华大学建筑系主任职务。

1983年，从清华大学建筑系主任的行政岗位上退下，吴良镛婉拒了张维邀请他到深圳大学创办建筑系的盛情。1984年，他与一名助教，在半间屋子、一间书桌、两个坐凳的条件下创办清华大学建筑与城市研究所，之后，与研究所的同事们共同开展了一系列人居环境科学的研究与实践。通过研究现代西方建筑教育的成就与不足，总结中国建筑教学发展的经验教训，提出了“建立多层次的教育结构，广泛培养多种建筑人才”“教育机构、研究机构与生产实践结合”“注意职业教育的地区性”“重视建筑师的社会培养与社会联系”“教学上将建筑设计扩展为人类居处环境的创造与设计”等建议。1987年8月，在国家自然科学基金委员会“建筑科学的未来”学术讨论会上首次提出“广义建筑学”的概念，同年，开始北京菊儿胡同新四合院住宅工程的研究和规划设计。菊儿胡同新四合院工程的设计在对旧城要“有机更新”的理论指导下，探讨了能适应旧城肌理的城市设计，并创造了有利于更新破旧危房的“新四合院”住宅模式。1988年，在吴良镛的积极推动下，清华大学建筑系改为清华大学建筑学院，经过全国评议，以吴良镛作为第一学术带头人的城市规划与设计博士点，成为中国建筑界仅有的四个重点学科之一。

1991年，吴良镛参与海南三亚中心区城市设计。1993年，在中国科学院技术科学学部大会上，他联合周干峙、林志群，首次提出“人居环境科学”概念，次年，又参与了无锡市总体规划、苏州总体规划发展研究等多个城市规划项目。

1995年，吴良镛当选中国工程院院士，同年，创办清华大学人居环境研究中心，兼任中心主任，积极推进建筑与城市规划理论、人居环境建设的研究，并开展北京中央美术学院迁建规划设计、无锡县县域规划、长武地区空间发展战略研究等设计项目。1996年，又主持了“山东省曲阜孔子研究院设计”。1999年，在国际建协第20届世界建筑师大会上，他起草的《北京宪章》获得大会一致通过，成为指导21世纪建筑发展的重要纲领性文献。此后数年间，他启动了由原建设部主持召开的“京津冀地区城乡空间发展规划研究”课题，开展“中国古代人居环境建设的理论与实践探索”的课题研究，并开展天津城市空间发展战略研究、山东省泰安市泰山博物馆方案设计、南通博物苑设计、南京江宁织造府（金陵红楼梦博物馆）方案设计。2004年，作为首席领衔专家参与北京市总体规划修编工作。2005年，承担“南水北调东线一期工程大运河历史文化环境保护与建设研究”工作。2009年，承担中国工程院院士咨询课题“城乡统筹与人居环境科学发展”。2011年，又承担中国工程院重大咨询研究项目“中国特色城镇化道路战略研究：城市文化与人居建设专题”。2013年，由他主要参与完成的《京津冀地区城乡空间发展规划研究三期报告》发行，该规划逐渐得到学术界和全社会的认可，从理论层面奠定了“京津冀地区一体化发展”国家战略的施行基础。

1980年代以来，中国经历人类历史上规模最大、速度最快、影响最广的城镇化，中国城镇化成为科学研究的重要领域。吴良镛认识到人居在中国城镇化中的核心地位，建立了人居环境科学；以有序空间和宜居环境为目标，提出了以人为核心的人居环境建设原则、层次和系统，以及面向复杂问题、建立科学共同体、形成共同纲领的技术路线；突破了原有专业分割和局限，建立了一套以人居环境为核心的规划设计方法和实践模式，受到国际建筑界的普遍认可。这一理论为中国城乡建设提供了有力的理论支撑。

作为中国“人居环境科学”研究的创始人，吴良镛运用人居环境科学理论，成功开展了从区域、城市到建筑、园林等多尺度多类型的规划设计研究与实践，在京津冀、长三角、滇西北等地取得一系列前瞻性、示范性的规划建设成果；主持开展京津冀城乡空间发展规划研究，对2004年北京城市总体规划修编、天津总体规划修编等起到重要作用，在实践中取得的创新方法，被纳入《城市规划编制办法》，有力推进了城乡建设的科学发展；主持完成北京菊儿胡同四合院工程，推动了从“大拆大建”到“有机更新”的政策转变，为达成从“个体保护”到“整体保护”的社会共识，作出了重大贡献；主持设计曲阜孔子研究院等建筑，创造出一批传统文化内涵和现代艺术整体性相统一的建筑。

吴良镛享有崇高的国际声誉，在国际建筑领域发挥了重要的凝聚力和领导力。他先后担任国际建协副主席、世界人类聚居学会（World Society of Ekistics）主席，架起了沟通和凝聚各个国家建筑界的桥梁。1999年北京召开国际建筑师协会第20届世界建筑师大会，他担任科学委员会主席，作大会主旨报告，以人居科学理论为基础，起草《北京宪章》，制定新世纪世界建筑学发展的路线图。《北京宪章》以人居环境科学理论为基础，提出“建设一个美好的、可持续发展的人居环境，是人类共同的理想和目标”。《北京宪章》以中、英、法、俄、意五种语言通过发表，是国际建协1948年成立以来唯一的宪章，国际建协前主席斯古塔斯（Vassilis Sgoutas）称其为“国际建协大会上具有里程碑意义的篇章”。英国著名建筑评论家海伊特评价《北京宪章》是“引导未来发展的‘指路图’”。

吴良镛的人居环境科学开创了多尺度人居环境整体规划建设的新局面。首次建立以人居环境为核心的空间规划模式，成功开展从建筑到区域多尺度的全方位规划实践，取得一系列前瞻性、示范性成果。推动了中国人居环境的整体研究、规划设计与建设水平的提升。

在区域层面，自1980年代持续开展京津冀城乡空间发展规划研究，2002年起陆续出版三期《京津冀地区城乡空间发展规划研究》报告，先后提出“规划大北京地区，建设世界城市”；“以首都地区的观念，塑造合理的区域空间结构”；“四网融合，建设宜居有序的城乡空间”，“创新区域协调机制”等重要构想，指导京、津、冀三地城乡空间统筹发展，对京津冀协同发展战略的制定发挥了重要科学支撑作用，开辟了新时期区域研究的新途径。

在城市层面，吴良镛作为领衔专家对2004年北京城市总体规划、天津城市总体规划等的编制发挥关键作用。研究和指导了广州、苏州等一系列城市的规划和发展。2014年国家博物馆举办的人居科学研究成果展中，展出了吴良镛研究团队的京津冀协同发展和首都空间布局有关研究成果，时任总理李克强参观了展览，提出：家是中华文化的根，好的人居环境能让“家”更安全、舒适、宜居，家为人服务，你们是为家服务，为民族传统的传承和凝聚力的汇聚作出贡献，会有更美好的前景和更远大的前程。

在建筑层面，北京菊儿胡同四合院工程，推动了从“大拆大建”到“有机更新”的政策转变，获得1992年度世界人居奖，是第一个获此荣誉的中国项目。《弗莱彻世界建筑史》第20版认为：“该项目是一次成功地将新式建筑与老城区合院建筑重新安置相融合的实验性尝试……提供了一种有效而具有文化敏感性的模型”。主持曲阜孔子研究院、南京红楼梦博物馆、南通博物苑、中央美院新校区等建筑作品，树立了建筑文化传承与创造的典范。

吴良镛自小喜欢绘画，进入重庆中央大学建筑系就读时，徐悲鸿、傅抱石、吴作人等著名绘画大师都在该校的艺术系执教。吴良镛深受艺术熏陶。毕业后，徒步行走于重庆、贵州、云南一带，边走边画，曾有很多优秀画作问世。先后举办过7次个人画展，并曾多次参加各类画展。

吴良镛著作等身，并参与编纂书籍多套，其主要著作有：

除学术论著外，吴良镛发表的论文超过200篇，根据中国知网数据，下表列出了其最高被引的10篇代表性论文。

1946年，抗战胜利后，吴良镛协助梁思成先生在清华大学创办建筑工程学系。建系之初，梁思成在美讲学，只有林徽因与吴良镛二人执教。1951年，留美回国后，开始主持清华大学建工系市镇组的工作，是新中国建筑教育事业的开拓者之一。1952年起，他历任清华大学建筑系副系主任、系主任；1956年主持全国建筑学会议，制定全国建筑学共同教学计划，在同年召开的全国基本建设会议上，提出建筑教育、科研、实践相结合的办学思想。1959年创办清华大学建筑设计研究院。1960年参与领导全国建筑学专业通用教材的编写，并主持撰写《城乡规划》教学用书。

20世纪80年代初期，研究现代西方建筑教育的成就与不足，总结了中国建筑教学发展的经验教训，提出了关于“建立多层次的教育结构，广泛培养多种建筑人才”、“教育机构、研究机构与生产实践结合”、“注意职业教育的地区性”、“重视建筑师的社会培养与社会联系”、“教学上将建筑设计扩展为人类居处环境的创造与设计”等建议，既是对建筑教育特点的概括，也是对建筑事业发展战略的倡议。在他的推动下，1988年，清华大学建筑系改为清华大学建筑学院，培养出一批批建筑学、城市规划学、园林学等方面的专业人才。清华大学建筑系从首届15名学生起，至2024年，已培养了6000多名专业人才，其中包括院士9人、国家勘察设计大师16人等。

1991年，吴良镛提出“广义建筑学”理论时，指出人居环境教育的创新思路：“由于人居环境科学狭义上是建筑、城市、园林、技术四位一体，无论是核心学科还是外围学科都涉及范围甚广，这就要求理论发展要‘浓缩’、‘提炼’、取消重复，需要新的整合，这是人居教育改革的第一要务。培养科学领军人才，而不是培养什么层级的行政领导；发展善于实践的团体，让人才在集体中成长；对于培养对象要能一把钥匙开一把锁，因材施教。”

吴良镛作为我国建筑学专业的第一批研究生导师，20世纪50年代就开始指导硕士生和博士生，1981年又成为国务院批准的第一批博士生导师，1984年培养出我国城市规划与设计专业的第一位博士学位获得者。亲自培养了89名博士和硕士研究生，学生遍布海内外，不乏在学术、教育、管理等领域学有所成者。

2016年1月4日，“吴良镛星”命名仪式在北京钓鱼台国宾馆举行，“吴良镛星”是由国家天文台兴隆观测基地于1995年12月2日发现的国际永久编号为9221号的小行星。

2017年1月16日，由清华大学、中国工程院、中国建筑学会、中国城市规划学会、中国文物学会等单位共同主办的——“行万里路，谋万家居：人居科学发展暨《良镛求索》座谈会”在京召开。吴良镛院士谈到，《良镛求索》这本书是其在九十岁以后完成的一个自述，他用三个三十年回顾了他的人生求索之路。与会专家学者针对《良镛求索》展开了讨论，并就城镇化进程中人居实践领域的重大问题和人居科学未来发展方向进行了深入探讨。

2022年6月，由清华大学、中国科学院、中国工程院联合主办的“吴良镛人居思想的科学贡献”研讨会通过线上方式举行。

2021年3月31日，“国匠：吴良镛学术成就展”开幕式在清华大学艺术博物馆举行。展览由中国科学院、中国工程院、清华大学联合主办。此次展览通过清华园里老园丁、从建筑天地到大千世界、天下人居为生民立命、匠人营国、欢乐圣境游于艺五个板块，综合展示吴良镛先生在教书育人、建筑设计、科学研究、规划实践、艺术创作方面的杰出成就，呈现其国匠品质与精神。

吴良镛院士是我国人居环境科学的创建者。他建立了以人居环境建设为核心的空间规划设计方法和实践模式，为实现有序空间和宜居环境的目标提供理论框架。（国家最高科技奖评审委员会 评审意见）

凡是见过吴良镛的人，都会从他身上品读出老一辈科学家爱国、无私、勤奋的独特气质。（中国科学院 评）

新中国建筑与城市规划的先行者和杰出的建筑教育家。（美国建筑师协会 评）

人民建筑师。（《亚洲建筑师》 评）

除了坚持理论与实践平行并进外，吴良镛还在建筑与绘画上实现“两种平行的学习”。绘画是建筑学习的必修课，但他“并不满足于建筑表现技术的学习，而是希望从习画中加强对艺术和文化的追求”。（林徽因 评）

在他的工作中灌注了一种可以称之为中国现代性的精神。这种精神不仅来自于一般的人类文化发展，而且来自于中国实际生活的发展，一种新与旧的结合，基于中国自身的坚定不移的精神。（吴良镛导师、美国匡溪艺术学院教授伊利尔·沙里宁 评）

不管你到哪个国家，说起中国的建筑，大家都会说起吴良镛。（著名美籍华裔建筑学家贝聿铭 评）